電動汽車制動能量回收的設計

陳建榮　劉子貴　張曉宇

摘要：一直以來，我國在大力發(fā)展經濟建設的同時，對環(huán)境污染以及能源危機方面同樣引起重視，電動汽車不使用汽油，柴油，不排放尾氣，對環(huán)境不會產生污染，且電能屬于可再生能源，對推動可持續(xù)發(fā)展有積極性作用。在節(jié)約能源，保護環(huán)境的大環(huán)境下，電動汽車成為了人們出行代步工具之一，其能源利用方面尤為關鍵，電能儲存以及續(xù)航里程上成為了制約電動汽車發(fā)展的一大因素。為此，對于電動汽車而言，自動能量回收設計非常關鍵。通過對制動能力回收系統(tǒng)進行合理的設計，以達到對電車制動能量的回收和利用，讓電動車的續(xù)航里程數得以有效地提高，讓電車取到更好的發(fā)展。

關鍵詞：電動汽車;制動能量;回收設計

引言：

能源問題一直是世界各個國家都在研究的課題。現階段針對新能源汽車的研究給予了很高的關注。電動汽車在能源節(jié)約、環(huán)保方面優(yōu)勢明顯，但是電動汽車發(fā)展的速度以及普及范圍并不是非常的理想，其限制因素包括：蓄電池組容量受限，能力利用率不高，整車新能優(yōu)化差等等。電動汽車制動系統(tǒng)又被稱之為再生制動系統(tǒng)，將其驅動電機作為制動器，達到車輛減速的目的。車輛制動的過程中，會吸收多余的機械能量，然后以電能的方式傳輸回電池儲存，供車輛二次使用，降低能耗，提升車輛續(xù)航里程。

1.制動能量回收系統(tǒng)基本原理

對于電動汽車來講，電能的儲存和利用是其發(fā)展困難的關鍵。電動汽車蓄電池存在充電時間長，續(xù)航里程短等問題，對電動汽車制動能力回收率展開研究設計，對提升電動汽車能耗二次利用，汽車續(xù)航里程有很積極性的作用。在整個剎車過程中，當采用電子剎車系統(tǒng)時，驅動電機就在發(fā)電中，并通過對一部分動力直接傳遞至蓄電池上，以實現充能目的，從而完成了對電能的再利用。

2.影響電動汽車制動能力回收最大化的具體因素

2.1電機

電機是電動汽車制動行為產生的關鍵，是汽車全套剎車體系中電能轉化賴以完成的關鍵裝置，而電機則對電動汽車制動能量回收過程發(fā)揮著決定性的影響，也就是說，電動機工作效率、工作狀況決定著汽車剎車電能回收的多少，而電動機自身特點則確定著電動汽車在某一時間段的制動力最大值。

2.2蓄電池

每一個蓄電池組都對SOC的能力運作范圍規(guī)定了標準，這一個標準規(guī)定是不可改變的，因為一旦超過了蓄電池對SOC的能力范圍標準就影響蓄電池的正常工作，從而影響制動電能利用最大化的工作目標。

電動汽車在制動的過程當中，電瓶一直是工作狀態(tài)，但并非一直處于充滿的模式，蓄電池電量充滿以后，就會自動停止充能，同時刻也為電能的二次轉化作好了準備。整體在剎車過程中的蓄電池如果是保持在最高充電功率下完成了充電作業(yè)，則最高充電的總輸出功率是：P=（U0C+IR）I

2.3制動系統(tǒng)

電動汽車在制動狀態(tài)時，由于電動機自身在再生制動模式下的能量限制，加上電動汽車內部出現故障的概率較大，為保證機械剎車系統(tǒng)工作的安全穩(wěn)定與性能，就一定要使機械剎車系統(tǒng)機構更加的精準與平穩(wěn)，與此同時還必須把電子剎車功能引入其中，從而使得電子剎車的效果更加良好，以給汽車制動能力回收提供了良好的條件。

3.制動力分配方案與分析

理想的前后軸制動分配方式、并行再生制動系統(tǒng)制動力分配都是最常見的制動力分配。電動剎車系統(tǒng)供給主要的總制動能，當電動剎車能比總制動能小的時候，剩余的剎車能量也會通過機械剎車能供給。當電動汽車在制動的過程中，汽車的轉速V與電動機轉子的角速度成比例。當電動汽車在制動的過程中，汽車的轉速為V與電動機轉子的角速度成比。電動機轉子的速度直接決定著電流的頻率和大小值。本文中設計使用的發(fā)電機是三相永磁同步電機，雖然產生了交流電，但是并不可以直接供應給電池組，所以必須要對交流電進行整流操作。而制動時車輪的速度并不是個恒量，因為發(fā)電機所產生的電流是隨著時間而產生變化的變量，但是電池組所供應的電能卻是恒定不變的，在充電的時刻，電池組會控制電壓的值，變壓是必要的。

4.電制動系統(tǒng)的數學模型

4.1電機模型的選擇

其設計使用了三相永磁同步電機，相比于一般異步電機要節(jié)省總功率百分之二十左右。意味著車況相當時，或者在電池組容量情況不變的時候，比前者續(xù)航里程更長。

4.2整流器的選擇

蓄電池是汽車上的電源，充電方式為直流電，這就需要將交流電轉化成為直流電。本文設計運用三相橋式全波整流器，相較于以往的半波整流器而言，這一整流器提供的電壓有效值更高一些，可以讓能力回收的效率大大提升。理想化覺得的輸出電流是恒定值，但實際上并不一定如此，在不對電機損耗和內阻進行運算，則電機的感應電動勢是整個整流器輸入的電流平均值。

4.3DC-DC變換器的選擇

此設計使用的直流-DC變換器均為級聯式升壓，降壓的轉換器。這一自動變換器具有電流雙象限，構造簡便，在同等功率下主開關的壓力與電流應力變化不大，電感易于優(yōu)化設定等優(yōu)點。對DC-DC這一轉換器進行了應用，在合理的負載范圍內，蓄電池的電壓值都能夠保持一定水平。從而達到了改善電源驅動特性。電機制動的整個過程中，將機械能轉換電能并通過可控的形式，對電池組件進行充電。當新能源電動汽車在較擁擠的城市道路行駛時，制動能力回收效率較高，使得電池的續(xù)航里程得以大幅度提升。

結束語：

本文設計的是一種機械能和電能復合制動系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)的關鍵在于三部分：三相電機系統(tǒng)、三相電整流器和DC-DC變換器。踩下制動踏板進行車輛制動時，如果不需要太大的制動力，則只有電動制動系統(tǒng)才能提供所需的制動力;當電制動力不足以提供車輛制動能量時，復合制動系統(tǒng)將同時提供所需的制動力。根據仿真結果，該系統(tǒng)可以將制動時產生的部分動能完全轉化為電能，從而提高能源利用率，達到節(jié)能、續(xù)航的目的。

參考文獻：

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[2]覃卓庚.純電動汽車制動能量回收模糊控制策略及仿真分析[J].時代汽車，2021（15）：97-98.

作者簡介：陳建榮，1969年8月，男，學歷：大學，職稱：教授級高級工程師，研究方向：機電一體化及節(jié)能，單位名稱：江門職業(yè)技術學院。